關(guān)于PLC及DCS兩大控制系統(tǒng)的分析

席志軍

摘要 本文對(duì)PLC和DCS兩大控制系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，從安全可靠性、兼容性和可擴(kuò)展性、數(shù)據(jù)庫(kù)、任務(wù)的處理方式和時(shí)間調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、適用規(guī)模、系統(tǒng)軟件功能等方面分析了兩大系統(tǒng)的不同。

關(guān)鍵詞 工業(yè)自動(dòng)化；可編程序控制器（PLC）；集散控制系統(tǒng)（DCS）

中圖分類號(hào)TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2012）67-0186-02

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)也在不斷的發(fā)展，集散控制系統(tǒng)（DCS）因具有可擴(kuò)展性和很強(qiáng)的安全性受到了越來(lái)越多的從事自動(dòng)化工程工作的技術(shù)人員的青睞，DCS也被越來(lái)越多的應(yīng)用于新建、改建和擴(kuò)建的工程項(xiàng)目中。在中小型的工程項(xiàng)目中，使用PC+PLC控制系統(tǒng)來(lái)組成DCS控制系統(tǒng)的思想也被越來(lái)越多的技術(shù)人員認(rèn)可。

1 PLC和DCS的特點(diǎn)

當(dāng)前，PLC控制系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)是熱力和煤炭?jī)纱笮袠I(yè)的主要控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)主要有以下幾方面。

1.1 PLC的特點(diǎn)

PLC即為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），是使用一種可以編程的存儲(chǔ)器，通過(guò)所存儲(chǔ)的程序，來(lái)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，或通過(guò)用戶的指令來(lái)進(jìn)行順序控制、計(jì)數(shù)、定時(shí)和算術(shù)操作，并且通過(guò)模擬式或數(shù)字的輸入或輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械生產(chǎn)，或控制生產(chǎn)的過(guò)程。PLC已經(jīng)從控制開(kāi)關(guān)量的階段發(fā)展到進(jìn)行順序控制或運(yùn)算處理，是從低級(jí)向高級(jí)運(yùn)送處理，從下往上的運(yùn)算處理；PLC具有連續(xù)不間斷的HD控制等多項(xiàng)功能，PID在中斷站里；PLC可以使用一臺(tái)PC機(jī)作為主站，同種型號(hào)多臺(tái)PLC作為從站，PLC也可以使用一臺(tái)PLC作為主站，同種型號(hào)PLC作為從站，組成PLC網(wǎng)絡(luò)，后者比前者的方便之處是當(dāng)用戶進(jìn)行編程時(shí)，不需要了解通信協(xié)議，按照說(shuō)明書(shū)的格式編寫(xiě)就行；PLC網(wǎng)格不但可當(dāng)做獨(dú)立的DCS/TDCS，同時(shí)也可以當(dāng)做DCS/TDCS的子系統(tǒng)；PLC大系統(tǒng)與DCS/TDCS一致。

1.2 DCS的特點(diǎn)

DCS即為集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）。DCS是多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶，由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成。DCS綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制4項(xiàng)技術(shù)，也稱為4C技術(shù)，DCS的主要思想是分散控制、分級(jí)管理、集中操作、靈活配置、組態(tài)便捷。DCS是拓?fù)浯笙到y(tǒng)，呈樹(shù)狀，從上到下，通信是該系統(tǒng)的關(guān)鍵；PID在中斷站里，現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表和控制裝置與計(jì)算機(jī)的連接依靠中斷站；DCS是樹(shù)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)是并行連續(xù)的鏈路狀，也存在許多電纜由中繼站并行到工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表；DCS系統(tǒng)的模擬信號(hào)由智能儀表的部件和幾臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成，漸漸的用數(shù)字信號(hào)來(lái)替代模擬信號(hào)，信號(hào)形式是A/D-D/A；由一臺(tái)儀表與一對(duì)線連接到I/O，從控制站連接到局域網(wǎng)LAN；DCS控制系統(tǒng)是控制、操作和現(xiàn)場(chǎng)儀表的3級(jí)結(jié)構(gòu)；每家企業(yè)的大的DCS控制系統(tǒng)不相同；主要使用于大型的連續(xù)過(guò)程控制。

2DCS與PLC的區(qū)別

DCS是集散式控制系統(tǒng)的一種，PLC是控制裝置，所以說(shuō)DCS與PLC是系統(tǒng)和裝置的區(qū)別。不管何種裝置的功能和裝置之間的協(xié)調(diào)，都可由系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)；而PLC裝置所實(shí)現(xiàn)的只能是這個(gè)單元所具有的功能。

2.1 安全可靠性不同

DCS的設(shè)計(jì)使用的是雙冗余過(guò)程處理器、雙電源和雙冗余網(wǎng)絡(luò)。如果重要控制元件有了故障，其他與之相關(guān)的冗余元件就會(huì)實(shí)時(shí)沒(méi)有干擾的變成工作元件，使系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行。但起初的PLC控制系統(tǒng)完全沒(méi)有把冗余的設(shè)計(jì)思想引入進(jìn)去，系統(tǒng)沒(méi)有足夠的安全可靠性，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，實(shí)現(xiàn)了雙冗余控制。同時(shí)，DCS系統(tǒng)的硬件插拔可以帶電熱插拔，即當(dāng)某一模塊遭到破壞或發(fā)生了其它故障時(shí)，系統(tǒng)不需要停止運(yùn)行，維修技術(shù)人員就能及時(shí)替換被損壞的硬件。而很多PLC沒(méi)有上述的功能。

2.2 兼容性和可擴(kuò)展性不同

當(dāng)前，DCS系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性非常強(qiáng)大，尤其適用于大型的系統(tǒng)工程。大多數(shù)操作級(jí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)都選擇了以太網(wǎng)絡(luò)的形式，采用的是當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的或變形的TCP/IP協(xié)議，進(jìn)而為系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了很大的方便。而PLC系統(tǒng)最原始的開(kāi)發(fā)目的是針對(duì)設(shè)備控制，大多數(shù)沒(méi)有或只有很少部分有兼容性和擴(kuò)展性的需求，所以，如果出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的系統(tǒng)的資源需要共享時(shí)，PLC是相當(dāng)?shù)睦щy。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)不同

DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)比較統(tǒng)一，也就是說(shuō)DCS系統(tǒng)中的某一數(shù)據(jù)一旦存在于數(shù)據(jù)庫(kù)，則在任何情況下都可以引用。但PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)一般情況下不是很不統(tǒng)一，監(jiān)控軟件和組態(tài)軟件抑或是歸檔軟件都有各自的的數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.4 任務(wù)的處理方式和時(shí)間調(diào)度不同

DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集散控制，可以靈活設(shè)定任務(wù)周期，進(jìn)而輕松的處理多個(gè)任務(wù)。但PLC的程序與之不同，大都不能按原來(lái)設(shè)定的周期進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行。

2.5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同

DCS網(wǎng)絡(luò)是DCS系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，通常包括兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。TCP/IP協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議，是雙冗余設(shè)計(jì)，具有很好的開(kāi)放性與拓展性。PLC基本上是為個(gè)體而工作，在和其他的PLC或其上位機(jī)互相通訊時(shí)，所采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)形式，PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全也相對(duì)較差。

2.6 系統(tǒng)軟件功能不同

DCS的軟件包功能強(qiáng)大，有配方的功能，不同的行業(yè)有不同的專家軟件，簡(jiǎn)化了用戶的組態(tài)編程工作，相比PLC，DCS應(yīng)用于化工、電力等大工業(yè)的過(guò)程控制更有優(yōu)勢(shì)。DCS的最基本功能是對(duì)各種工藝的控制方案，當(dāng)某一方案有了變化，技術(shù)人員在操作臺(tái)就能更改方案，通過(guò)編譯就可執(zhí)行命令，由系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，不影響原來(lái)的控制方案正常運(yùn)行。PLC系統(tǒng)是先確定哪個(gè)PLC需要編譯，然后再進(jìn)行程序的編譯，最后再一對(duì)一傳送程序。不利于維護(hù)。

3 結(jié)論

通過(guò)分析DCS與PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與區(qū)別，也沒(méi)有必要對(duì)二者的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)做更多比較與爭(zhēng)論。隨著當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，通過(guò)研究人員多年的研究與開(kāi)發(fā)，DCS與PLC兩大系統(tǒng)除了保留有各自自身的特點(diǎn)之外，二者還能互相補(bǔ)充，形成新的控制系統(tǒng)。二者在很多領(lǐng)域可以并存，可以通過(guò)彌補(bǔ)對(duì)方的不足，形成新的控制系統(tǒng)。當(dāng)前，越來(lái)越多的以PC+PLC組成DCS系統(tǒng)的工程應(yīng)用逐漸廣泛。

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